CN103547534A - 用于提高矿物浆料流变性能的方法 - Google Patents

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Abstract

用于改善矿物浆料流变性能的方法，包括添加共聚物分散剂到该浆料中以分散硅酸盐矿物。还公开了用于浮选矿物浆料的方法。

Description

用于提高矿物浆料流变性能的方法
背景技术
本发明涉及一种用于提高矿物浆料流变性能的方法。更具体地本发明涉及一种方法，其中将共聚物分散剂加入浆料中以分散硅酸盐矿物。本发明涉及浮选方法。
浮选是一个这样的过程，其中将由粉碎的矿石制备的矿物浆料与泡沫形成有机药剂混合并借助于空气使泡沫形成矿物浆料。捕收药剂将贵金属精矿(concentrate)结合到泡沫泡的表面。从浮选池表面收集精矿泡沫。
泡沫浮选从破碎开始，该破碎用来为后续加工增加矿石的表面积并且在被称作解离的工序中将石头破坏成期望的矿物和脉石，其随后必须从想要的矿物中分离。矿石被磨碎成细粉并与水混合以形成浆料。想要的矿物被通过添加表面活性剂或捕收药剂变为疏水的。具体的药剂取决于精炼的矿物。然后带有疏水矿物的矿石和亲水脉石的浆料(更适合地，称为矿浆)被引入到充气的水槽，产生气泡。带有矿物的矿石的疏水颗粒通过附在空气泡上而从水中逸出，其上升到表面，形成泡沫或浮渣(更适合地称为泡沫)。泡沫被取出并且该精矿被进一步精炼(Wikipedia)。
蛇纹岩是由一个或多个蛇纹石类矿物组成的岩石。从包含蛇纹岩的脉石中分离镍矿很难。由于缺乏从脉石中良好的分离，工厂不得不以镍回收率损失为代价，实施以精矿品质为基础的浮选工序。这大大降低了产量和操作的经济性。蛇纹岩的问题是其包含镁，镁在镍熔炼厂是问题元素。最终用户(熔炼厂)对镁有严格的限制，过量的镁会降低精矿的价值，在某些情况下，几乎降低到无价值产品的水平。
以氧化镁计算，蛇纹岩含量可高达引入流的30％。在正常浆料密度下蛇纹岩形成非牛顿的粘性胶状物，其阻止空气的分散以及气泡通往浮选室表面。这个问题通常通过降低浮选中的固体含量即增加水消耗量来解决。在最坏的情况下对于高蛇纹石含量的矿石仅使用10％的固含量。正常的操作是在30％-40％的固体含量范围内。
发明内容
在本发明中，发现通过添加低分子量分散剂，可在多个方面改进浮选工序。例如，加工时间减少，产量增加并且有价值的金属／矿物的选择性提高。
本发明提供了一种用于提高矿物浆料流变性能的方法，包括添加共聚物分散剂到该浆料中以分散硅酸盐矿物。
本发明亦提供了共聚物分散剂的用途，其用于通过添加该共聚物分散剂到矿物浆料中以分散硅酸盐来提高该浆料的流变性能。
本发明亦提供了一种浮选矿物浆料的方法，包括通过添加共聚物分散剂到该浆料中以分散硅酸盐来提高该浆料的流变性能。
本发明的方法可应用在从矿石(如硫化矿石)中回收有价值的矿物。
本发明的一个优点为通过添加低分子量分散剂到矿石浆料中，降低了浆料的粘度，由此提高了浮选的性能。
附图说明
图1示出了η/η0粘度[％](布氏粘度50RPM，60％固体浆料)
图2示出了在使用分散剂L的希图拉蛇形岩样品的浮选试验中与累积浮选时间相关的累积镍回收率。基线测试在没用分散剂的情况下作出。
图3示出了在使用分散剂L的希图拉蛇形岩样品的浮选试验中得到的累积镍品位-回收率。基线测试在没用分散剂的情况下作出。
图4示出了在使用分散剂I的希图拉蛇形岩样品的浮选试验中与累积浮选时间相关的累积镍回收率。
图5示出了在使用分散剂I的希图拉蛇形岩样品的浮选试验中得到的累积镍品位-回收率。
图6示出了在使用分散剂F的希图拉蛇形岩样品的浮选试验中与累积浮选时间相关的累积镍回收率。
图7示出了在使用分散剂F的希图拉蛇形岩样品的浮选试验中得到的累积镍品位-回收率。
图8示出了在使用分散剂A的希图拉蛇形岩样品的浮选试验中与累积浮选时间相关的累积镍回收率。
图9示出了在使用分散剂A的希图拉蛇形岩样品的浮选试验中得到的累积镍品位-回收率。
具体实施方式
本发明提供了一种用于提高矿物浆料流变性能的方法，包括添加共聚物分散剂到该浆料中以分散硅酸盐矿物流变性能。共聚物指的是来源于两种(或更多种)单体物的聚合物。该共聚物通常具有低分子量，如大约20000道尔顿或更小。
由于粘度增加，通常蛇纹石和其它类似的矿物阻碍正常浆料浓度的使用。因为当使用分散剂时，浆料(固体含量)浓度可在不牺牲浮选性能的情况下得到提高，因此总生产率增加。
硅酸盐矿物，如这里使用的，包括但不限于，滑石；叶蜡石；辉石类矿物，如透辉石，普通辉石，角闪石，顽辉石，紫苏辉石，铁辉石，古铜辉石；闪石类矿物，如透闪石，阳起石，直闪石；黑云母类矿物，如金云母，黑云母；绿泥石类矿物；蛇纹石类矿物，如蛇纹石，纤维蛇纹石，坡缕石，利蛇纹石，叶蛇纹石；橄榄石类矿物，如橄榄石，镁橄榄石，镁铁橄榄石，铁橄榄石。
在一个实施方案中，硅酸盐矿物是硅酸镁，如蛇纹石。蛇纹石类指的是普通岩石形成的含水镁铁页硅酸盐((Mg，Fe)3Si2O5(OH)4)矿物；它们可包含少量的其它元素，包括铬，锰，镍和钴。在矿物学和宝石学里，蛇纹石可指属于蛇纹石类的20个品种中的任一个。因为是混合物，这些品种不总是易于分别处理，因比通常不做区分。有三种重要的蛇纹石矿物多晶型物：叶蛇纹石，纤维蛇纹石和利蛇纹石(维基百科)。
流变学是物质流动的研究：主要是液态，但在响应于施加的力以塑性流动而非塑性变形回应的条件下也作为‘软固体’或固体。其适用于具有复杂分子结构的物质，如泥浆，淤泥，悬浮液，聚合体和其它成玻璃材料(例如硅酸盐)，以及很多食物和添加剂，体液(例如血液)和其它生物材料。这些物质的流动不能以单一的粘度值(在固定的温度下)来表征。尽管液体的粘度随温度而变化，但流变学研究的是随其它因素的变化(维基百科)。
液体的流变性能是显性特征，其可以量化来表征其行为，并且液体对强制剪切流的响应是确定给定液体的特定流变特性的基础。描述这些特性的一般定性术语的例子是粘弹性的，牛顿的，非牛顿的，触变性的和膨胀性的。使用的定量参数的例子是粘度，弹性，剪切速率，剪切应变，和剪切应力。这里使用的“流变特性”由此指各种性质，粘度仅是其中之一。
在一个实施方案中，流变特性包括浆料的粘度。通过添加共聚物分散剂，粘度将降低，即改善了流变特性，包括改善(降低)浆料的粘度。因此示范性实施方案提供了一种用于降低矿物浆料粘度的方法。
本方法可应用于从矿石中分离有价值的矿物，例如通过使用浮选或任何其它适当的方法。感兴趣的有价值矿物可以是例如镍，铜，锌，银，金等。一个实施方案提供一种用于浮选矿物浆料的方法，包括利用本文公开的方法改善浆料的流变特性，即通过添加共聚物分散剂到浆料中来分散硅酸盐矿物。
分散剂，或扩散剂，如这里使用的，指的是将不想要的材料保持在悬浮中即不允许絮凝的添加剂。在本发明中，硅酸盐矿物，例如镁盐，被均质地保持悬浮，由此在悬浮中感兴趣的矿物可粘附到气泡表面。
在一个实施方案中共聚物分散剂是丙烯酸(AA)与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)的共聚物。该丙烯酸(AA)与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)的共聚物的平均分子量可以，但不限于，在大约9000-20000道尔顿范围内。在共聚物在水中的45-60％的溶液中，pH3-7，其可以为澄清到黄色的粘稠液体。在该共聚物中丙烯酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的比例可在70∶30到50∶50(w／w)的范围内。在一个实施方案中，在该共聚物中丙烯酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的比例为约60∶40(w／w)。在一个实施方案中丙烯酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物具有大约15000-20000道尔顿的分子量。
在一个实施方案中该共聚物分散剂是丙烯酸(AA)与甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)的共聚物。该丙烯酸与甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物的平均分子量可以为，但不限于，大约12000道尔顿。在该共聚物中丙烯酸与甲基丙烯酸羟乙酯的比例可在80∶20到60∶40(w／w)的范围内。在一个实施方案中，在该共聚物中丙烯酸与甲基丙烯酸羟乙酯的比例为约70∶30(w／w)。
在一个实施方案中，该丙烯酸与甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物具有大约6000-14000道尔顿的分子量。在共聚物在水中的45-60％的溶液中，pH3-7，其可以为澄清到黄色的粘稠液体。
在一个实施方案中该共聚物分散剂是丙烯酸与甲基丙烯酸的共聚物。在一个实施方案中该丙烯酸与甲基丙烯酸的共聚物具有大约5500道尔顿的分子量，和大约7的pH。在一个实施方案中该丙烯酸与甲基丙烯酸的共聚物具有大约4000-7000道尔顿的分子量，例如5000-6000道尔顿
在一个实施方案中共聚物分散剂为乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯(ethyleneglycol methacrylate phosphate)与甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物。在一个实施方案中该乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯(EGMAP)与甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物具有大约8000-12000道尔顿的分子量。在一个实施方案中该乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯与甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物具有大约10000道尔顿的分子量。
任何适合的分散剂的组合可以用于本发明的方法中。
同样其它合适的单体可包括在该共聚物中。这些单体可包括，但不限于，乙烯基磺酸或乙烯基磺盐；乙烯基磷酸或乙烯基膦酸盐；亚乙烯基二磷酸或其盐；甲基丙烯酸；醋酸乙烯酯，乙烯醇；氯乙烯；不饱和的单或二羧酸或酸酐，如马来酸酐，马来酸，富马酸，衣康酸，乌头酸，中康酸，柠康酸，巴豆酸异巴豆酸，当归酸，惕各酸；氯乙烯；苯乙烯-对-磺酸，或苯乙烯磺酸盐；烯丙基磺酸盐；丙酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)；羟基膦酰基乙酸(HPA)；次磷酸，如H3PO3，提供通式单元-PO(OH)-；丙烯酰胺，具有通式HC≡C-CH2-OH的炔丙醇；丁基-1，4-二醇，甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，丙烯酸羟乙酯(HEA)，及其混合物。
共聚物分散剂的合成可通过本领域公知的任何合适的聚合反应进行。
所述的聚合反应可通过任何适合的手段引发，其导致产生适合的自由基。在自由基聚合技术中，自由基的来源可以是任何适合的产生自由基的方法，如热诱导方法，氧化还原引发方法，光化学引发方法或高能辐射，如电子束，X或γ射线辐射。产生自由基的优选方法是热诱导方法。
在自由基聚合中，典型的热引发剂是偶氮化合物、过氧化物或过氧酯。聚合引发剂不限于任何特定的种类，而是可以为任何常规的引发剂，包括氧化还原引发剂、偶氮引发剂和过氧化物。它们之中，偶氮引发剂是优选的并且作为其具体实例，可以提及的有，偶氮腈化合物，如2，2′-偶氮二异丁腈(AIBN)，偶氮二异庚腈和偶氮甲氧基二异庚腈；偶氮脒化合物，如2，2′-偶氮二异丁基脒二盐酸盐(V-50)，VA-041，VA-044和VA-061(V-50，VA-041，VA-044和VA-061由Wako Pure Chemical Industries，Ltd.的产品)；偶氮酰胺化合物，如VA-080，VA-086和VA-088(Wako Pure Chemical Industries，Ltd.的产品)；偶氮烷基化合物，如偶氮二-叔-辛烷和偶氮二-叔-丁烷；氰丙基偶氮-甲酰胺，4，4′-偶氮二(氰基戊酸)，4，4′-偶氮二(氰基戊酸)偶氮二异丁酸二甲酯(4，4′-azobis-(cyanopentanoic acid)dimethylazobismethyl propionate)，偶氮羟甲基-丙腈等。优选的引发剂是2，2′-偶氮二异丁基脒二盐酸盐(V-50)，和4，4′-偶氮二(氰基戊酸)或4，4′-偶氮二(氰基戊酸)。
这些自由基聚合引发剂中的一个可以单独使用，或者其中两种或更多种作为混合物使用。
自由基聚合引发剂与单体的摩尔比优选为0.0001-0.1，更优选为0.0005-0.05，进一步优选为0.0005-0.01。
实施例
测试程序由粘度测量和浮选测试组成。希图拉蛇纹岩样品(镍0.73％)是研究的主要测试材料。共有九个分散剂被选择用于流变学研究，而浮选试验使用四个最有效的试剂(A，F，I和L)进行。
粘度测试用布式粘度计RVDV-I进行测量。记录但不控制温度。温度在21-23℃之间变化。根据用于矿物浆料(即固体含量高达60-65w-％的涂覆浆料)的内部实验室方法，用两个轴转速(50转和100转)测量粘度。测量中，浆料体积是恒定的250毫升。浆料制备由DIAF20VH混合器完成。
将已磨矿石和离子交换水混合10分钟之后加入分散剂。在粘度测量之前混合投药(dosage)浆料5分钟。
测试的分散剂如下：
A-AA／AMPS
B-SASMAC
C-AA／MA
D-AA
E-膦酸酯/AA
F-AA／AMPS
G-SASMAC／HEDP
H-EGMAP／HEMA
I-EGMAP／HEMA
J-FGMAP／HEMA
K-EGMAP／HEMA
L-AA/HEMA
其中：
AA=丙烯酸
AMPS=丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸
EGMAP=乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯
HEDP=羟基亚乙基二膦酸(hydroxyethane-1，1-diphosphonic acid)
HEMA=甲基丙烯酸羟乙酯
MA=甲基丙烯酸
SASMAC=烯丙基磺酸钠／马来酸
分散剂以0.2-2％的剂量测试。剂量以固／固基计算。浆料的固体含量为60％。在这些试验中没有pH控制。
η／η0是粘度的变化百分比，其中η是给定时间的粘度，而η0是分散剂投药前的初始浆料粘度。图1显示了η／η0粘度[％]。样品H未被包含在该图中，因为其投药实际上造成了不断增加的粘度。
基于0.5％的剂量最好的分散剂是：A)丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的共聚物(mw为约9000-20000道尔顿)，C)丙烯酸与甲基丙烯酸的共聚物(mw为约5500道尔顿)，F)丙烯酸与丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的共聚物，I)乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯与甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物(mw为约10000道尔顿)，和L)丙烯酸与甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物(mw为约6000-14000道尔顿)。
矿石样品的制备
作为约100mm的矿块收到了约50公斤希图拉蛇纹岩样品。整个样品首先被粉碎到-5mm粒径(grain size)。然后将-5mm材料平分为两个样品。一半(约25公斤)使用序贯筛选和破碎过程(sequential screening and crushingprocedure)进一步粉碎成-1mm粒径。该序贯包括使用1mm筛筛选材料和破碎+1mm部分。重复该序贯直到整个样品都为-1毫米粒径。将-1mm材料均质化并分成1公斤的批量以进行测试工作。将-5毫米和-1毫米的材料都存储到冷冻箱中，以避免硫化物的氧化。
表1.-1mm测试供给材料的粒度分布。
Figure BPA0000175378790000081
测试进料样品的化学和矿物组成
全部溶解后，通过ICP法分析测试进料材料的金属含量。还在溴甲醇溶解后进行了蛇纹岩样品的化学分析。溴甲醇选择性溶解使得能够计算希拉图蛇纹岩样品的矿物含量。样品的硫含量通过ELTRA法测定。此外，磁铁矿含量由Satmagan法确定，样品的SiO2含量通过比色法分析。测试材料的化学组成列于表2。蛇纹岩样品的矿物组成列于表3。
表2.测试进料的化学成分。
Figure BPA0000175378790000082
表3.希图拉蛇纹岩样品的矿物组成。
Figure BPA0000175378790000083
Figure BPA0000175378790000091
浮选试验
试验工作
用2升池容积的浮选机进行浮选测试。浮选空气流速为2l/min。测试包括五个粗浮选步骤。各步骤的浮选时间分别为2，2，4，8和16分钟。累积浮选时间为32分钟。表4汇总了浮选测试中不同参数的值。
表4.浮选条件汇总。浆料密度是除了分散剂种类和剂量之外的主要变量。
Figure BPA0000175378790000092
Figure BPA0000175378790000101
浮选试验结果
背景
浆料的高粘度是蛇纹石基镍矿石的典型特征。精细研磨会增加粘度的浆料，精细研磨在某些情况下是需要的以产生矿石的满意的矿物解离。浆料固体百分比是影响蛇纹岩基镍矿浆料的流变学的另一个主要因素。浆料的粘度随着增加固体百分比而增加。因为高粘度，蛇纹岩基镍矿石往往以低浆料密度加工。在某些情况下以低至10w-％的浆料密度进行浮选。
本报告中提出的浮选测试的主要目的是要找出在升高的浆料固体含量下，使用的分散剂对浮选结果的影响。此外，还观察了分散剂对镍硫化物浮选动力学的影响。
蛇纹岩样品测试结果
采用蛇纹岩样品进行的浮选测试的结果列于图2-9。附图显示了对于每一分散剂得到的与累积浮选时间相关的累积镍回收率以及累积镍品位-回收率。表5列出了在使用不同分散剂的测试中，90％镍回收率所用的大致的浮选时间以及该时间的大致质量回收率。这些近似的值来自分散剂加入到研磨磨中的测试。
从累积镍回收率对累积浮选时间图(图2，4，6和8)可以看出，在40w-％的浆料密度下，使用不同的分散剂得到的镍回收率没有显著偏离相应的基线测试结果。这说明，与基线相比，在40w-％的浆料密度下分散剂没有改善镍硫化物的浮选动力学。相同的图显示，与相应的基线测试相比，在53w-％的浆料密度下分散剂改善了镍硫化物浮选动力学。在表5中列出了使用不同的分散剂时90％的镍回收率所需的浮选时间，并与基线测试进行了比较。表5显示，90％的镍回收率的最短浮选时间(13分钟，相比基线测试的27分钟)以及在该浮选时间内最低的质量回收率(48％，相比基线测试的53％)是由试剂实现的。
图3，5，7和9示出的是，与基线测试相比，的更高的第一浓缩物(concentrate)(RC1)的镍品位是在40w-％的浆料密度的试验中得到的，尤其是使用分散剂L和l。在53w-％的浆料密度，浓缩物的镍品位与在相应的浆料密度下的基线测试中基本一样。
结果表明，所测试的分散剂在浮选开始时最有效地降低了浆料的粘度。在40w-％的浆料密度下，降低的浆料粘度的影响可由更高的浓缩物品位看出，特别是在浮选开始时(RC1)。浆料粘度的基线在53％的浆料密度时比在40％的浆料密度可能高得多，这导致了在53w-％的浆料密度下缓慢的镍硫化物浮选。在53w-％的浆料密度下，测试的试剂的分散效果可由与在相应的浆料密度下的基线测试相比更快的镍硫化物浮选看出。此外，测试结果表明，当加入到研磨磨中时，所测试试剂的分散效果是最为显著的。
表5.基线测试中以及使用不同分散剂的测试中90％的镍回收率所需的大致浮选时间。还给出了该大致浮选时间内的大致的质量回收率。这些近似值来自分散剂加入到研磨磨中的试验。
Figure BPA0000175378790000111

Claims (20)

1.一种用于提高矿物浆料的流变性能的方法，包括将共聚物分散剂加入浆料中以分散硅酸盐矿物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述硅酸盐矿物为硅酸镁。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述硅酸盐矿物为蛇纹石。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的流变性能包括浆料的粘度。
5.如任何权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于所述共聚物分散剂为丙烯酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的共聚物。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述共聚物的分子量为9000-20000道尔顿。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述共聚物的分子量为15000-20000道尔顿。
8.如权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于所述丙烯酸与2-丙烯酰胺基2-甲基丙磺酸的比例在70∶30至50∶50(w／w)的范围内。
9.如权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于所述丙烯酸与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的比例为约60∶40(w／w)。
10.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于所述共聚物分散剂为丙烯酸与甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于所述共聚物的分子量为6000-14000道尔顿。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于所述丙烯酸与甲基丙烯酸羟乙酯的比例可以在80∶20至60∶40(w／w)的范围内。
13.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于所述丙烯酸与甲基丙烯酸羟乙酯的比例为约70∶30(w／w)。
14.如权利要求14任一项所述的方法，其特征在于所述共聚物分散剂为丙烯酸与甲基丙烯酸的共聚物。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述共聚物的分子量为4000-7000道尔顿。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述共聚物的分子量为约5500道尔顿。
17.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于所述共聚物分散剂为乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯与甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述共聚物的分子量为8000-12000道尔顿。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于所述共聚物的分子量为约10000道尔顿。
20.一种浮选矿物浆料的方法，包括利用前述权利要求任一项的方法改善浆料的流变性能。
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